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福特重型商用車轉(zhuǎn)向動力學和運動學的發(fā)展

轉(zhuǎn)向柱是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一個重要子系統(tǒng)，將轉(zhuǎn)向輸入從轉(zhuǎn)向盤傳遞到轉(zhuǎn)向機構(gòu)。轉(zhuǎn)向柱的理想設計是轉(zhuǎn)向柱的輸入和輸出在角度、角速度和扭矩方面一致。但由于設計約束，這種理想情況是不可能出現(xiàn)的，因此在轉(zhuǎn)向柱的輸入和輸出上具有諧波脈動的關(guān)系。福特重型商用車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)部件如圖1所示。

由于轉(zhuǎn)向柱U型鉸的轉(zhuǎn)動方向和彎曲角輸出速度會隨著輸入角速度的不同而改變，這就是非一致性。在汽車動態(tài)轉(zhuǎn)向性能方面，非一致性對汽車的響應和反饋具有重要的影響。為了實現(xiàn)扭矩反饋和汽車響應的左右對稱，非一致性的中心對稱性是必要條件。因為有兩種對稱結(jié)構(gòu)（較高或較低的非對稱峰值），因此挑選對稱結(jié)構(gòu)時應該以實現(xiàn)最好的汽車動態(tài)轉(zhuǎn)向性能為依據(jù)。同時，非對稱水平是優(yōu)化轉(zhuǎn)向特性的另一個可調(diào)系數(shù)。最理想的解決辦法是利用非對稱性的最小值，通過引入非對稱性來改變車輛的中線響應和轉(zhuǎn)彎響應。

重型商用車的動態(tài)轉(zhuǎn)向性能取決于一系列的設計和可調(diào)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)系數(shù)。駕駛員將轉(zhuǎn)向輸入角和扭矩通過轉(zhuǎn)向柱傳到轉(zhuǎn)向機構(gòu)，轉(zhuǎn)向機構(gòu)的整合功能由轉(zhuǎn)向柱角度和方向來實現(xiàn)。如果通過轉(zhuǎn)向柱的從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向機構(gòu)傳遞的轉(zhuǎn)向角和扭矩是非線性的，并有設計約束，則設計師應該優(yōu)化轉(zhuǎn)向柱輸入和輸出扭矩、角度和角速度，從而獲得好的汽車動態(tài)性能以及保持與汽車生產(chǎn)商的動態(tài)特性一致。

介紹了一系列與轉(zhuǎn)向柱可調(diào)系數(shù)相關(guān)的CAE分析、優(yōu)化、驗證試驗和主觀評價。所有的客觀測量和主觀評價顯示，依據(jù)非一致性和對稱性水平進行轉(zhuǎn)向柱的優(yōu)化，導致重型商用車的轉(zhuǎn)向特性具有顯著的差異。

Gediz Kulac et al. SAE 2013-01-2354.

編譯：鮑闞